JP2019509461A

JP2019509461A - Magnetocaloric device

Info

Publication number: JP2019509461A
Application number: JP2018550361A
Authority: JP
Inventors: シャルフ，フロリアン; ベーリンク，ラルフ; シュヴィント，マルクス
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2019-04-04
Also published as: WO2017162768A1; EP3433548A1; KR20180123134A; CN108885033A; US20200292213A1

Abstract

本発明は、磁気熱量装置に関する。磁気熱量装置は、変化する外部磁場を提供するように配置された磁場発生器、及び磁気熱量再生装置を有する。磁気熱量再生装置は、磁気熱量要素を有し、磁気熱量要素は磁気熱量材料を有し、磁気熱量再生装置は、磁界発生器の変化する外部磁界に曝されるように構成される。更に、本発明は、磁気熱量装置が断熱手段を更に備え、断熱手段は、磁気熱量再生装置が断熱手段によって気密に囲まれるように配置されていることを特徴とする。
【選択図】図２The present invention relates to a magnetocaloric device. The magnetocaloric device has a magnetic field generator and a magnetocaloric regeneration device arranged to provide a changing external magnetic field. The magnetocaloric regenerator has a magnetocaloric element, the magnetocaloric element has a magnetocaloric material, and the magnetocaloric regenerator is configured to be exposed to the changing external magnetic field of the magnetic field generator. Furthermore, the present invention is characterized in that the magnetocaloric device further includes a heat insulating means, and the heat insulating means is disposed so that the magnetic heat calorific regeneration device is hermetically surrounded by the heat insulating means.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル部分による磁気熱量装置、特に磁気熱量ヒートポンプに関する。 The present invention relates to a magnetocaloric device according to the preamble part of claim 1, in particular to a magnetocaloric heat pump.

磁気熱量材料は、外部磁場の印加及び除去時に温度を変化させるので、熱をポンピングするために使用することができる。 A magnetocaloric material changes temperature upon application and removal of an external magnetic field and can therefore be used to pump heat.

磁気熱量効果は、外部磁場を適切な磁気熱量材料に印加すると、そのキュリー温度付近の周囲温度で生じる。印加された外部磁場は、磁気熱量材料のランダムに整列された磁気モーメントを、不規則な常磁性相から規則化された強磁性相へ整列させ、ひいては周囲温度より上での材料のキュリー温度の誘導増加としても記述され得る磁気相転移を引き起こす。この磁気相転移は、磁気エントロピーΔＳmagの減少を意味し、ほぼ断熱的なプロセス（周囲温度からの熱的分離）中、断熱条件下でエントロピーを保存するためフォノン生成による磁気熱量材料の結晶格子のエントロピー寄与の増加をもたらす。したがって、外部磁場を印加した結果として、磁気熱量材料の温度上昇（ΔＴ）が生じる。 The magnetocaloric effect occurs at ambient temperatures near its Curie temperature when an external magnetic field is applied to the appropriate magnetocaloric material. The applied external magnetic field aligns the randomly aligned magnetic moments of the magnetocaloric material from the disordered paramagnetic phase to the ordered ferromagnetic phase, and thus the Curie temperature of the material above ambient temperature. Causes a magnetic phase transition that can also be described as an induction increase. This magnetic phase transition means a decrease in the magnetic entropy ΔSmag, and in the almost adiabatic process (thermal separation from ambient temperature), the crystal lattice of the magnetocaloric material due to phonon generation in order to preserve entropy under adiabatic conditions. Increases entropy contribution. Therefore, the temperature rise (ΔT) of the magnetocaloric material occurs as a result of applying the external magnetic field.

技術的な冷却用途では、この付加的な熱は、周囲のヒートシンクへの熱伝達によって材料から除去される。この熱は、熱伝達媒体によって材料から周囲のヒートシンクへと輸送される。水は、磁気熱量材料からの熱除去のために使用される熱伝達媒体の一例である。温度が０℃以下では、エチレン又はプロピレングリコール、エタノール又は塩等の不凍添加剤を水に加えることができる。 In technical cooling applications, this additional heat is removed from the material by heat transfer to the surrounding heat sink. This heat is transported from the material to the surrounding heat sink by a heat transfer medium. Water is an example of a heat transfer medium used for heat removal from a magnetocaloric material. At temperatures below 0 ° C., antifreeze additives such as ethylene or propylene glycol, ethanol or salts can be added to the water.

その後、外部磁場を除去することは、磁気熱量材料の初期温度よりも低いキュリー温度の低下として説明することができ、したがって磁気モーメントはランダムな配列に戻ることができる。外部磁場は、ほぼ断熱的な条件下、すなわち周囲温度からの熱的分離で除去され、これは、系内の全エントロピーが変化しないことを意味する。磁気エントロピーは外部磁場なしにその開始レベルまで増加するので、磁気熱量材料自体の結晶格子のエントロピー寄与は減少し、ほぼ断熱的なプロセス条件下では、磁気熱量材料の初期温度以下の冷却をもたらす。 Thereafter, removing the external magnetic field can be described as a decrease in Curie temperature below the initial temperature of the magnetocaloric material, so that the magnetic moment can return to a random arrangement. The external magnetic field is removed under nearly adiabatic conditions, ie thermal separation from ambient temperature, which means that the total entropy in the system does not change. As magnetic entropy increases to its starting level without an external magnetic field, the entropy contribution of the magnetocaloric material's own crystal lattice is reduced, resulting in cooling below the initial temperature of the magnetocaloric material under nearly adiabatic process conditions.

磁化及び減磁を含む説明されたプロセスサイクルは、通常、デバイス用途において定期的に実行される。 The described process cycle, including magnetization and demagnetization, is typically performed periodically in device applications.

文献US 2012/0031107 A1は、少なくとも２つの磁気熱量要素を含む少なくとも１つの熱モジュールを有する熱発生器を記載している。熱発生器は、少なくとも２つの磁気アセンブリを備え、１つの磁気アセンブリが、熱モジュールの少なくとも１つの磁気熱量要素により磁気相を交互に変化させることを特徴とする。熱発生器は、磁気アセンブリを互いに断熱し、１つの磁気アセンブリ及びその対応する磁気熱量要素を含む断熱セルを形成する断熱性本体を備えることを更に特徴とする。 Document US 2012/0031107 A1 describes a heat generator having at least one thermal module comprising at least two magnetocaloric elements. The heat generator comprises at least two magnetic assemblies, characterized in that one magnetic assembly alternates the magnetic phase with at least one magnetocaloric element of the thermal module. The heat generator is further characterized by comprising a thermally insulating body that insulates the magnetic assemblies from one another and forms an insulated cell that includes one magnetic assembly and its corresponding magnetocaloric element.

US 2012/0031107 A1US 2012/0031107 A1

従来技術の設計は改善され得る。本発明の目的は、改善された磁気熱量装置を創造することである。特に、本発明の目的は、磁気熱量材料の環境と磁気熱量材料自体との間の温度差によって引き起こされる熱漏れを低減することである。 Prior art designs can be improved. The object of the present invention is to create an improved magnetocaloric device. In particular, an object of the present invention is to reduce heat leakage caused by temperature differences between the magnetocaloric material environment and the magnetocaloric material itself.

本発明の目的は、請求項１に記載の磁気熱量装置を用いて達成される。 The object of the invention is achieved with a magnetocaloric device according to claim 1.

本発明による磁気熱量装置の第１の実施の形態であって、断熱ケーシングが磁界発生器の磁気ギャップ内に配置されている。In a first embodiment of a magnetocaloric device according to the invention, a heat insulating casing is arranged in the magnetic gap of the magnetic field generator. 本発明による磁気熱量装置の第２の実施の形態であって、磁界発生器及び磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に配置され、磁気熱量装置のモータは断熱ケーシングの外側に配置されている。It is 2nd Embodiment of the magnetocaloric device by this invention, Comprising: A magnetic field generator and a magnetocaloric regeneration apparatus are arrange | positioned in a heat insulation casing, and the motor of a magnetocaloric device is arrange | positioned outside the heat insulation casing. 本発明による磁気熱量装置の第３の実施の形態であって、磁界発生器及び磁気熱量再生装置、及び磁気熱量装置のモータが断熱ケーシング内に配置されている。In a third embodiment of the magnetocaloric device according to the present invention, a magnetic field generator, a magnetocaloric regenerator, and a motor of the magnetocaloric device are arranged in a heat insulation casing.

本発明は、磁気熱量装置、特に磁気熱量ヒートポンプを提供する。それらは、以下の構成要件を有する。 The present invention provides a magnetocaloric device, particularly a magnetocaloric heat pump. They have the following configuration requirements.

−磁場発生器；好ましくは磁気アセンブリによって形成され、外部磁場を変えるように、好ましくは外部磁場を周期的に変えるように配置されている。 A magnetic field generator; preferably formed by a magnetic assembly and arranged to change the external magnetic field, preferably to change the external magnetic field periodically.

−磁気熱量再生装置；磁気熱量要素、好ましくは複数の磁気熱量要素を有し、前記磁気熱量要素が磁気熱量材料を有し、前記磁気熱量再生装置は前記磁場発生器の前記変化する外部磁場に曝されるように構成される。 A magnetocaloric regenerator; a magnetocaloric element, preferably a plurality of magnetocaloric elements, wherein the magnetocaloric element comprises a magnetocaloric material, wherein the magnetocaloric regenerator is adapted to the changing external magnetic field of the magnetic field generator. Configured to be exposed.

本発明による磁気熱量装置は、更に以下の構成要件を有する。 The magnetocaloric device according to the present invention further has the following constituent elements.

−断熱手段；前記断熱手段は、前記磁気熱量再生装置が、前記断熱手段によって密封して囲まれるように配置されている。 -Thermal insulation means; The thermal insulation means is arranged so that the magnetocaloric regeneration device is hermetically surrounded by the thermal insulation means.

本発明による磁気熱量装置は、有利には、磁気熱量材料を含む磁気熱量要素の周囲に断熱手段を提供する。特に、磁気熱量要素と磁石アセンブリ及び／又は周囲環境との間の熱伝導率は、磁気熱量要素を取り囲む断熱手段のない磁気熱量装置と比較して低減される。 The magnetocaloric device according to the invention advantageously provides thermal insulation means around a magnetocaloric element comprising a magnetocaloric material. In particular, the thermal conductivity between the magnetocaloric element and the magnet assembly and / or the surrounding environment is reduced compared to a magnetocaloric device without insulation means surrounding the magnetocaloric element.

減少した熱伝導率を提供することによって、本発明による磁気熱量装置は、熱漏れ量を減少することを可能にし、したがって、所与の入力仕事に対してより多くの熱を汲み出すことができ、磁気熱量装置の効率が改善される。熱伝導率が低いことに加えて、磁気熱量装置の部品の低い熱伝達は、磁気熱量装置の全体の熱伝達係数を有利に減少させることができる。特に、断熱手段は、結露、凍結又は周囲への熱伝達、又は環境によって熱的に接続された異なる温度でのシステム内の構成要素間での熱伝達を防止又は低減することができる。自然対流の熱伝達係数は、通常１０Ｗ/ｍ^２/Ｋ未満である。対照的に、結露による熱伝達は、典型的には、１０００００Ｗ/ｍ^２/Ｋを超える熱伝達係数をもたらし、回転磁場発生器によって強制される対流は、１００Ｗ/ｍ^２/Ｋを超える熱伝達係数をもたらし得る。したがって、断熱手段が、凝縮及び／又は回転磁場発生器によって強制される対流により熱伝達を減少させることができる磁気熱量装置を提供することが特に有利である。 By providing a reduced thermal conductivity, the magnetocaloric device according to the present invention makes it possible to reduce the amount of heat leakage and therefore pump more heat for a given input work. The efficiency of the magnetocaloric device is improved. In addition to low thermal conductivity, the low heat transfer of the components of the magnetocaloric device can advantageously reduce the overall heat transfer coefficient of the magnetocaloric device. In particular, the thermal insulation means can prevent or reduce condensation, freezing or heat transfer to the surroundings, or heat transfer between components in the system at different temperatures thermally connected by the environment. Natural convection heat transfer coefficients are typically less than 10 W / m ² / K. In contrast, the heat transfer by condensation, typically results in heat transfer coefficient greater than 100000W / m ² / K, convection forced by the rotating magnetic field generator, the heat transfer of more than 100W / m ² / K Can result in a coefficient. It is therefore particularly advantageous to provide a magnetocaloric device in which the thermal insulation means can reduce heat transfer by convection forced by a condensation and / or rotating magnetic field generator.

磁気熱量装置の最高温度勾配は、周期的に変化する外部磁場によって誘発される磁化及び減磁中の磁気熱量材料の加熱及び冷却に応じて、通常、磁気熱量要素の周囲にある。したがって、磁気熱量要素の周囲に断熱手段を設けることが特に有利である。 The maximum temperature gradient of the magnetocaloric device is usually around the magnetocaloric element, depending on the heating and cooling of the magnetocaloric material during magnetization and demagnetization induced by a periodically changing external magnetic field. It is therefore particularly advantageous to provide thermal insulation means around the magnetocaloric element.

断熱手段の更なる利点は、磁気熱量再生装置が、水、埃又は汚れなどの環境の影響から保護されることである。これは、磁気熱量装置の屋外使用を可能にするため、又は高湿度の室内で磁気熱量装置を使用するために特に有利である。 A further advantage of the thermal insulation means is that the magnetocaloric regenerator is protected from environmental influences such as water, dust or dirt. This is particularly advantageous for allowing outdoor use of the magnetocaloric device or for using the magnetocaloric device in a high humidity room.

本発明による磁気熱量装置は、冷却装置又は加熱装置として使用されるように構成された磁気熱量ヒートポンプであっても良い。より詳細には、磁気熱量装置は、ワインクーラー、冷蔵庫、冷凍庫又はエアコンであり得る。 The magnetocaloric device according to the present invention may be a magnetocaloric heat pump configured to be used as a cooling device or a heating device. More particularly, the magnetocaloric device can be a wine cooler, a refrigerator, a freezer or an air conditioner.

以下では、本発明の請求項１に係る磁気熱量装置の発展について説明する。 In the following, the development of the magnetocaloric device according to claim 1 of the present invention will be described.

好ましい実施の形態において、磁気熱量装置は、更に流体誘導システムを備える。流体誘導システムは、第１のチャネルを通って流体を磁気熱量再生装置に導き、そして、第２のチャネルを通って流体を磁気熱量再生装置から離れるように導く少なくとも第1及び第２のチャネルを有する。ここで、断熱手段は、前記少なくとも第１及び第２のチャネルを通る流体の通過のためのフロースルーを更に備える。少なくとも第１及び第２のチャネルは、典型的には、流体誘導システムの流体フローを、フロースルーを介して断熱手段の外側の熱交換器に供給するように構成される。断熱手段による熱交換器の熱交換を妨害しないために、断熱手段の外側に熱交換器を配置することが特に有利である。 In a preferred embodiment, the magnetocaloric device further comprises a fluid guidance system. The fluid directing system directs fluid through the first channel to the magnetocaloric regenerator and at least first and second channels that direct the fluid away from the magnetocaloric regenerator through the second channel. Have. Here, the heat insulating means further includes a flow-through for passage of fluid through the at least first and second channels. At least the first and second channels are typically configured to supply the fluid flow of the fluid guidance system to the heat exchanger outside the insulation means via the flow-through. In order not to disturb the heat exchange of the heat exchanger by the insulation means, it is particularly advantageous to arrange the heat exchanger outside the insulation means.

好ましい実施の形態において、断熱手段は断熱ケーシングである。好ましい変形例の断熱ケーシングは、磁気熱量再生装置と少なくとも部分的に接触していない。さらに、断熱ケーシングは、断熱材で充填されるか、断熱材で充填されるように適合される。断熱ケーシングは、エンクロージャ又はシールドであっても良く、それは、例えばガラス、金属又はプラスチック等の異なる材料で作ることができる。それはまた、断熱材として空気又は更なる流体で満たされた発泡体として提供され得る。このケーシングは、磁気熱量再生装置が断熱ケーシングによって気密に囲まれるように容易に配置することができるので、断熱ケーシングを設けることが有利である。したがって、本発明による磁気熱量装置は、従来技術の磁気熱量装置と比較して、安価であり、簡単な追加の製造工程で製造することができる。 In a preferred embodiment, the thermal insulation means is a thermal insulation casing. A preferred variant of the heat insulation casing is not at least partially in contact with the magnetocaloric regenerator. Furthermore, the thermal insulation casing is filled with thermal insulation or is adapted to be filled with thermal insulation. The insulating casing may be an enclosure or a shield, which can be made of different materials such as glass, metal or plastic. It can also be provided as a foam filled with air or additional fluid as insulation. Since this casing can be easily arranged so that the magnetocaloric regeneration device is hermetically surrounded by the heat insulation casing, it is advantageous to provide a heat insulation casing. Therefore, the magnetocaloric device according to the present invention is cheaper and can be manufactured with a simple additional manufacturing process compared to the prior art magnetocaloric device.

前述した実施の形態の好ましい変形例では、断熱材は大気より低い熱伝導率を有する。これは、磁気熱量再生装置の断熱を提供するのに特に有利である。別の変形例では、断熱材は、発泡体で充填された断熱ケーシングの例の場合のように、より高い熱伝導率を有する。 In a preferred variant of the embodiment described above, the thermal insulation has a lower thermal conductivity than the atmosphere. This is particularly advantageous for providing thermal insulation of the magnetocaloric regenerator. In another variant, the insulation has a higher thermal conductivity, as in the case of an insulation casing filled with foam.

別の実施の形態では、断熱手段は、磁気熱量再生装置と完全に接触する断熱コーティングである。断熱コーティングは、例えば、発泡体、ワニス、塗料又は箔であり得る。断熱コーティングは、好ましく、雨、埃又は汚れ等の環境の影響から磁気熱量要素を保護することができる。自動化された製造工程によって磁気熱量装置を密封する断熱コーティングを提供することは特に簡単である。 In another embodiment, the thermal insulation means is a thermal barrier coating that is in full contact with the magnetocaloric regenerator. The thermal barrier coating can be, for example, a foam, varnish, paint or foil. The thermal barrier coating is preferably capable of protecting the magnetocaloric element from environmental influences such as rain, dust or dirt. It is particularly simple to provide a thermal barrier coating that seals the magnetocaloric device by an automated manufacturing process.

磁気熱量装置の好ましい実施の形態では、フロースルーは、断熱ケーシングと少なくとも第１及び第２のチャネルとの間にギャップを残すように配置され、シール部材がギャップをシールするように配置される。この実施の形態の変形例においては、少なくとも第１及び第２のチャネルは、ケーシングに対して回転するように構成され、シール部材は、回転シールとして、又は断熱ケーシングとのギャップをシールしながら少なくとも第１及び第２のチャネルの回転を可能にするシールベアリングとして形成される。これは、第１及び第２のチャネルが、磁気熱量再生装置に対して磁場発生器を回転させるクランクシャフトに一体化されている磁気熱量装置に特に有利であり得る。 In a preferred embodiment of the magnetocaloric device, the flow-through is arranged to leave a gap between the insulating casing and at least the first and second channels, and the sealing member is arranged to seal the gap. In a variation of this embodiment, at least the first and second channels are configured to rotate relative to the casing, and the sealing member is at least as a rotating seal or while sealing a gap with the insulating casing. Formed as a seal bearing that allows rotation of the first and second channels. This can be particularly advantageous for magnetocaloric devices where the first and second channels are integrated into a crankshaft that rotates the magnetic field generator relative to the magnetocaloric regenerator.

更に、シール部材は、断熱ケーシングから部材を熱的に分離するために選択されても良い。この実施の形態の変形例においては、これは、断熱材及びシャフトが作られる材料と比較して低い熱伝導率を有する材料を使用することによって実現される。これは、セラミック材料、ポリマー材料、比較的低い熱伝導率を有する金属又は金属合金、又はそれらの組み合わせとすることができる。更に、部材から断熱ケーシングへの熱伝導のための断面積が存在しないような形状であっても良く、又は多孔質又は中空構造体が少なくとも第１及び第２のチャネルと断熱ケーシングとの間の熱接続を減少させても良い。 Further, the sealing member may be selected to thermally separate the member from the heat insulating casing. In a variation of this embodiment, this is achieved by using a material that has a low thermal conductivity compared to the material from which the insulation and shaft are made. This can be a ceramic material, a polymer material, a metal or metal alloy having a relatively low thermal conductivity, or a combination thereof. Furthermore, the shape may be such that there is no cross-sectional area for heat conduction from the member to the insulating casing, or the porous or hollow structure is at least between the first and second channels and the insulating casing. Thermal connections may be reduced.

更に好ましい実施の形態では、磁気熱量装置は、断熱ケーシングに配置され、断熱ケーシングに断熱材を充填するように構成された充填バルブを更に備える。充填バルブは、磁気熱量装置を断熱材で充填するための快適な方法を提供することができる。変形例では、充填バルブは、断熱ケーシングを空にすること、特に適切な断熱貯蔵ボックスに空にすることを可能にするように更に構成される。これは、磁気熱量装置の断熱部を変更すること、又は部品の修理をするために有利であり得る。磁気熱量装置の動作中、この発展例の充填バルブは、封止バルブによって提供される断熱ケーシングの弁開口部を封止するように構成される。好ましい変形例では、断熱ケーシングは、充填バルブの設計に関して構成された充填弁バルブを介してそれぞれの充填装置を使用することによって、充填することができる。 In a further preferred embodiment, the magnetocaloric device further comprises a filling valve arranged in the insulating casing and configured to fill the insulating casing with the insulating material. The fill valve can provide a comfortable way to fill the magnetocaloric device with insulation. In a variant, the filling valve is further configured to allow the insulating casing to be emptied, in particular to an appropriate insulating storage box. This can be advantageous for changing the insulation of the magnetocaloric device or for repairing parts. During operation of the magnetocaloric device, the filling valve of this development is configured to seal the valve opening of the insulating casing provided by the sealing valve. In a preferred variant, the insulating casing can be filled by using the respective filling device via a filling valve valve configured with respect to the filling valve design.

更なる実施の形態において、断熱材は乾燥ガスである。この発展例の変形例では、乾燥ガスは乾燥空気及び／又は窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンのような不活性ガスを含む。２５℃の温度で約０．０２４Ｗ/（ｍＫ）の熱伝導率を有する大気と比較して、アルゴンの熱伝導率は２５℃の温度で約０．０１６Ｗ/（ｍＫ）であり、クリプトンの熱伝導率は２５°の温度で約０．００９Ｗ/（ｍＫ）である。したがって、この変形例の断熱材は、磁気熱量要素の周囲の熱伝導率を有利に低減することができる。 In a further embodiment, the insulation is a dry gas. In a variant of this development, the drying gas comprises dry air and / or an inert gas such as nitrogen, helium, neon, argon, krypton or xenon. Compared to the atmosphere having a thermal conductivity of about 0.024 W / (mK) at a temperature of 25 ° C., the thermal conductivity of argon is about 0.016 W / (mK) at a temperature of 25 ° C. The conductivity is about 0.009 W / (mK) at a temperature of 25 °. Therefore, the heat insulating material of this modification can advantageously reduce the thermal conductivity around the magnetocaloric element.

更なる実施の形態において、断熱材は発泡体、好ましくは気体と組み合わせた発泡体を含む。この発展例の変形例では、発泡体は、断熱材の低い熱伝導率を有利にもたらすことができる粉砕された黒鉛のような固体と組み合わされる。 In a further embodiment, the insulation comprises a foam, preferably a foam combined with a gas. In a variation of this development, the foam is combined with a solid such as pulverized graphite that can advantageously provide the low thermal conductivity of the insulation.

磁気熱量装置の更なる実施の形態では、断熱手段内に、好ましくは断熱手段内に配置されたキャリア中に乾燥剤が設けられる。乾燥剤は、断熱材の乾燥を更に支援することができる。このように、乾燥剤は、磁気熱量要素の周囲の熱伝導率を減少させることができ、したがって、磁気熱量装置の効率を有利に向上させることができる。乾燥剤は、この実施の形態の好ましい変形例において、断熱手段内のキャリアに有利に配置され得る不活性物質によって形成される。それによって、キャリア内に配置された乾燥剤は、断熱材の乾燥を支援するために、断熱材と接触している。更に、乾燥剤の別の利点は、漏れの場合に、湿気が断熱手段に徐々に浸透するが、システムのメンテナンスを必要とせずに、運転中及び数日及び数年後のこの湿気の乾燥である。乾燥剤の非限定的な例は、シリカ、シリカゲル、塩化カルシウム、金属有機骨格材料、断熱手段内に配置されたモレキュラーシーブ、酸化アルミニウム、カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、硫酸銅、水素化アルミニウムリチウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、ゼオライト及び超吸収剤である。 In a further embodiment of the magnetocaloric device, a desiccant is provided in the insulating means, preferably in a carrier arranged in the insulating means. The desiccant can further assist in drying the insulation. In this way, the desiccant can reduce the thermal conductivity around the magnetocaloric element and thus advantageously improve the efficiency of the magnetocaloric device. The desiccant is formed by an inert material that, in a preferred variant of this embodiment, can be advantageously placed on the carrier in the insulation means. Thereby, the desiccant disposed in the carrier is in contact with the thermal insulation to assist in drying the thermal insulation. In addition, another advantage of the desiccant is that in the case of a leak, moisture gradually penetrates the insulation means, but this moisture drying during operation and days and years without requiring system maintenance. is there. Non-limiting examples of desiccants include silica, silica gel, calcium chloride, metal organic framework materials, molecular sieves placed in thermal insulation means, aluminum oxide, calcium, calcium oxide, calcium hydroxide, calcium sulfate, potassium carbonate, Potassium hydroxide, copper sulfate, lithium aluminum hydride, sodium hydroxide, sodium sulfate, magnesium sulfate, zeolite and superabsorbent.

更に好ましい実施の形態では、磁場発生器及び磁気熱量再生装置は、両方とも断熱手段内に配置される。この実施の形態の好ましい変形例では、磁場発生器は第１及び第２の磁性体を有し、磁気熱量再生装置は第１及び第２の磁性体によって形成された磁気ギャップ内に配置される。磁気ギャップは断熱手段内に配置され、その結果、断熱手段が磁気ギャップ内に配置されないので、この実施の形態では、磁気ギャップは小さくても良い。減少する磁気ギャップは、外部磁場を増加させる。したがって、小さな磁気ギャップは、磁気熱量装置の効率を改善し、それによって、磁気熱量装置の動作中に生じるコストを低減することができる。特に、磁気ギャップが小さいと、この実施の形態の磁場発生器を小型化することができる。これにより、磁場発生器の材料及び製造コストを低減することができる。この実施の形態の断熱手段は、好ましくは、断熱ケーシングによって形成される。断熱ケーシングは、磁気熱量装置の小さな磁気ギャップ内にも断熱材を設けることを可能にする。 In a further preferred embodiment, the magnetic field generator and the magnetocaloric regenerator are both located in the insulation means. In a preferred modification of this embodiment, the magnetic field generator has first and second magnetic bodies, and the magnetocaloric reproducing device is disposed in a magnetic gap formed by the first and second magnetic bodies. . In this embodiment, the magnetic gap may be small because the magnetic gap is disposed within the heat insulating means and, as a result, the heat insulating means is not disposed within the magnetic gap. A decreasing magnetic gap increases the external magnetic field. Thus, a small magnetic gap can improve the efficiency of the magnetocaloric device, thereby reducing the costs incurred during operation of the magnetocaloric device. In particular, when the magnetic gap is small, the magnetic field generator of this embodiment can be miniaturized. Thereby, the material and manufacturing cost of a magnetic field generator can be reduced. The heat insulating means of this embodiment is preferably formed by a heat insulating casing. The insulation casing makes it possible to provide insulation also in the small magnetic gap of the magnetocaloric device.

磁気熱量装置の更なる実施の形態においては、磁気熱量装置の全ての更なる部品が断熱手段内に配置される。更なる部品は、磁場発生器に対して磁気熱量再生装置を回転させるモータ、及び磁気熱量再生装置又は磁場発生器にモータを接続するクランクシャフトであり得る。この実施の形態による更なる部品は、磁気熱量装置の流体誘導システムに接続される熱交換器ではない。断熱材による熱交換器の熱交換を妨害しないために、熱交換器は断熱手段の外側に配置される。好ましくは、この実施の形態の磁気熱量装置の断熱手段は、断熱手段の内側からモータに断熱手段の外部からの電力を供給するために、電気コネクタへのアクセスを提供するように構成される。 In a further embodiment of the magnetocaloric device, all further components of the magnetocaloric device are arranged in the insulation means. Further components can be a motor that rotates the magnetocaloric regenerator with respect to the magnetic field generator, and a crankshaft that connects the motor to the magnetocaloric regenerator or magnetic field generator. A further component according to this embodiment is not a heat exchanger connected to the fluid induction system of the magnetocaloric device. In order not to disturb the heat exchange of the heat exchanger by the heat insulating material, the heat exchanger is arranged outside the heat insulating means. Preferably, the heat insulating means of the magnetocaloric device of this embodiment is configured to provide access to an electrical connector for supplying power from outside the heat insulating means to the motor from inside the heat insulating means.

更なる実施の形態では、断熱ケーシングは、排気可能な真空チャンバとして形成される。断熱ケーシング内の気体の熱伝導率は、気体中の粒子の平均自由行程が断熱ケーシングの壁間の距離又は他の部材間の距離よりも大きい場合、圧力のレベルに依存、すなわち比例する。断熱ケーシング内の部材は、異なる相対温度にあることが好ましく、特に、上記距離は磁気熱量再生装置と磁石アセンブリとの間の最短距離がより好ましい。したがって、磁気ギャップが小さいほど、熱伝導率と圧力レベルとの間の比例関係を失うことなく、圧力レベルがより大きくなり得る。中真空中の粒子の平均自由行程は、数メートルよりも大きくなり得る。したがって、断熱ケーシング内の気体粒子の量を減少させることによって、大気圧よりも低い圧力レベルに応じて、熱伝導率を低下させることができる。流体中の粒子の平均自由行程は、粒子の質量に更に依存する。したがって、平均自由行程を減少させ、断熱材の熱伝導率を低下させるために、断熱材として重質量気体を使用することが有利であり得る。 In a further embodiment, the insulating casing is formed as a vacuum chamber that can be evacuated. The thermal conductivity of the gas in the insulating casing depends on, ie proportional to, the pressure level if the mean free path of the particles in the gas is greater than the distance between the walls of the insulating casing or the distance between other members. The members in the insulating casing are preferably at different relative temperatures, and in particular, the distance is more preferably the shortest distance between the magnetocaloric regenerator and the magnet assembly. Thus, the smaller the magnetic gap, the greater the pressure level without losing the proportional relationship between thermal conductivity and pressure level. The mean free path of particles in medium vacuum can be greater than a few meters. Therefore, by reducing the amount of gas particles in the heat insulation casing, the thermal conductivity can be lowered according to the pressure level lower than the atmospheric pressure. The mean free path of the particles in the fluid further depends on the mass of the particles. Therefore, it may be advantageous to use a heavy mass gas as the thermal insulator to reduce the mean free path and reduce the thermal conductivity of the thermal insulator.

好ましい実施の形態では、磁気熱量装置は、磁気熱量装置の動作中に、磁気熱量再生装置と磁場発生器を互いに対して移動させるように構成されたクランクシャフトを備え、断熱手段は、断熱手段の外側からクランクシャフトにアクセスすることを可能にする。アクセスは断熱手段の更なる開口部によって提供されることが好ましく、開口部は断熱手段とクランクシャフトとの間にシャフトギャップを残すように配置され、シャフトシール部材がシャフトギャップをシールするように構成される。変形例では、シャフトシール部材は、断熱手段へのギャップをシールしながらクランクシャフトの回転を可能にする回転シールとして又はシーリングベアリングとして形成される。 In a preferred embodiment, the magnetocaloric device comprises a crankshaft configured to move the magnetocaloric regenerator and the magnetic field generator relative to each other during operation of the magnetocaloric device, wherein the thermal insulation means comprises the thermal insulation means. Allows access to the crankshaft from the outside. Access is preferably provided by a further opening in the thermal insulation means, the opening is arranged to leave a shaft gap between the thermal insulation means and the crankshaft, and the shaft seal member is configured to seal the shaft gap Is done. In a variant, the shaft seal member is formed as a rotary seal or as a sealing bearing that allows rotation of the crankshaft while sealing the gap to the thermal insulation means.

更に、シャフトを断熱手段から熱的に切り離すために、シャフトシールを形成することができる。変形例では、これは、断熱材及びシャフトが作られる材料と比較して低い熱伝導率を有する材料を使用することによって実現される。これは、セラミック材料、ポリマー材料、低い熱伝導率を有する金属又は金属合金、又はそれらの組み合わせとすることができる。更に、シャフトから断熱手段への熱伝導のための有利な横断面が殆ど存在しない形状であっても良く、又は多孔性又は中空構造体がクランクシャフトと断熱手段との間の熱接続を減少させても良い。 In addition, a shaft seal can be formed to thermally decouple the shaft from the thermal insulation means. In a variant, this is achieved by using a material that has a low thermal conductivity compared to the material from which the insulation and shaft are made. This can be a ceramic material, a polymer material, a metal or metal alloy with low thermal conductivity, or a combination thereof. Furthermore, the shape may be such that there is almost no advantageous cross-section for heat transfer from the shaft to the insulation means, or the porous or hollow structure reduces the thermal connection between the crankshaft and the insulation means. May be.

更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、磁場発生器及び磁気熱量再生装置を支持するように構成された支持構造体を更に備え、断熱手段は、磁気熱量装置の外部物体への取り付けを可能にするように断熱手段の外側から支持構造体へのアクセスを可能にする。支持構造体は、磁気熱量装置の堅牢性を改善することができる。この実施の形態によるアクセスは、ネジを介して外部物体に支持構造体を取り付けるために設けられたネジ穴によって提供することができる。一変形例では、支持構造体は、断熱手段と磁気熱量再生装置との間の一定の距離を経時的に提供するように更に構成される。 In a further embodiment, the magnetocaloric device further comprises a support structure configured to support the magnetic field generator and the magnetocaloric regenerator, and the thermal insulation means allows attachment of the magnetocaloric device to an external object. To allow access to the support structure from outside the thermal insulation means. The support structure can improve the robustness of the magnetocaloric device. Access according to this embodiment can be provided by a screw hole provided for attaching the support structure to an external object via a screw. In one variation, the support structure is further configured to provide a constant distance between the thermal insulation means and the magnetocaloric regenerator over time.

更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、更なる磁気熱量要素を含む少なくとも１つの更なる磁気熱量再生装置を有し、磁気熱量要素は磁気熱量材料を有し、更なる磁気熱量再生装置は、変化する外部磁界に曝されるように配置され、更なる断熱手段は、更なる磁気熱量再生装置が断熱手段内に配置されるように設けられている。更なる磁気熱量再生装置は、外部磁場に曝される磁気熱量材料の総量を増加させることができ、したがって、磁気熱量装置の効率を高めることができる。或いは、第１及びそれ以上の磁気熱量再生装置の両方に、１つの断熱手段を設けることができる。これにより、そのような複合システムのコストを削減することができる。 In a further embodiment, the magnetocaloric device has at least one further magnetocaloric regenerator comprising a further magnetocaloric element, the magnetocaloric element comprises a magnetocaloric material, and the further magnetocaloric regenerator is , Arranged to be exposed to a changing external magnetic field, and further insulation means are provided such that a further magnetocaloric regenerator is arranged in the insulation means. Additional magnetocaloric regenerators can increase the total amount of magnetocaloric material that is exposed to an external magnetic field, thus increasing the efficiency of the magnetocaloric device. Alternatively, a single heat insulating means can be provided in both the first and higher magnetocaloric regenerators. Thereby, the cost of such a complex system can be reduced.

断熱ケーシングは、金属、好ましくは板金のような薄い金属、好ましくはステンレス鋼で作ることができる。或いは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ウルトラソン等のエンジニアリングプラスチックが好ましい。更に、断熱ケーシングは、磁気熱量ヒートポンプの別の部材又は磁気熱量ヒートポンプの一部である装置の一部であっても良い。これは、例えば、冷蔵庫、エアコン、又は一般的なヒートポンプのハウジング又は断熱材又は支持構造体であっても良い。 The insulating casing can be made of metal, preferably a thin metal such as sheet metal, preferably stainless steel. Or engineering plastics, such as PVC, ABS, and Ultrason, are preferable. Furthermore, the heat insulating casing may be part of another device of the magnetocaloric heat pump or a device that is part of the magnetocaloric heat pump. This may be, for example, a refrigerator, an air conditioner, or a general heat pump housing or insulation or support structure.

本発明は、以下に説明する実施の形態を参照して明らかになるであろう。 The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below.

図１は、本発明による磁気熱量装置１００の第１の実施の形態を示しており、断熱ケーシング１１０によって形成された断熱手段１０５は、磁場発生器１２０の磁気ギャップ１２５内に配置されている。 FIG. 1 shows a first embodiment of a magnetocaloric device 100 according to the present invention, in which a heat insulating means 105 formed by a heat insulating casing 110 is arranged in a magnetic gap 125 of a magnetic field generator 120.

この第１の実施の形態の磁気熱量装置１００は、第１の磁石アセンブリ１２６と第２の磁石アセンブリ１２８との間に磁気ギャップ１２５を含む磁場発生器１２０と、磁気ギャップ１２５に配置された磁気熱量再生装置１３０とを備える磁気熱量ヒートポンプである。磁気熱量再生装置１３０は、複数の磁気熱量要素１３２を有し、磁気熱量要素１３２のそれぞれは、磁気熱量材料１３５を有し、磁気熱量再生装置１３０は、磁場発生器１２０にとって提供される周期的に変化する外部磁場１２２に曝されるように構成される。 The magnetocaloric device 100 according to the first embodiment includes a magnetic field generator 120 including a magnetic gap 125 between a first magnet assembly 126 and a second magnet assembly 128, and a magnetic field disposed in the magnetic gap 125. It is a magnetocaloric heat pump provided with a calorie reproducing device 130. The magnetocaloric regenerator 130 includes a plurality of magnetocaloric elements 132, each of which includes a magnetocaloric material 135, and the magnetocaloric regenerator 130 is a periodic provided to the magnetic field generator 120. It is configured to be exposed to an external magnetic field 122 that changes.

磁気熱量装置１００は、流体誘導システム１４０を有する。流体誘導システム１００は、第１のチャネル１４１、第２のチャネル１４２、第３のチャネル１４３及び第４のチャネル１４４を有し、第１のチャネル１４１を通って磁気熱量再生装置１３０に冷たい流体を導き、第２のチャネル１４２を通って磁気熱量再生装置１３０から冷たい流体を導き出し、第３のチャネル１４３を通って磁気熱量再生装置１３０に熱い流体を導き、第４のチャネル１４４を通って磁気熱量再生装置１３０から熱い流体を導き出すように配置されている。これにより、流体は、磁気熱量装置１００のプロセスサイクルの磁化及び減磁の相に従って誘導され、プロセスサイクルは従来技術により周知である。磁気熱量再生装置１３０から第２のチャネル１４２を通って導き出された冷たい流体は、再度第１のチャネル１４１を通って磁気熱量再生装置１３０に導かれる前に、第１の熱交換器１４６に導かれる。磁気熱量再生装置１３０から第４のチャネル１４４を通って導き出された熱い流体は、再度第３のチャネル１４３を通って磁気熱量再生装置１３０に導かれる前に、第２の熱交換器１４８に導かれる。 The magnetocaloric device 100 has a fluid guidance system 140. The fluid guiding system 100 includes a first channel 141, a second channel 142, a third channel 143, and a fourth channel 144, and cool fluid is passed through the first channel 141 to the magnetocaloric regenerator 130. Directing the cold fluid from the magnetocaloric regenerator 130 through the second channel 142, directing the hot fluid to the magnetocaloric regenerator 130 through the third channel 143, and the magnetocaloric energy through the fourth channel 144. Arranged to draw hot fluid from the regenerator 130. Thereby, the fluid is induced according to the magnetization and demagnetization phase of the process cycle of the magnetocaloric device 100, which process cycle is well known from the prior art. The cold fluid derived from the magnetocaloric regenerator 130 through the second channel 142 is directed to the first heat exchanger 146 before being guided again through the first channel 141 to the magnetocaloric regenerator 130. It is burned. The hot fluid led from the magnetocaloric regenerator 130 through the fourth channel 144 is conducted to the second heat exchanger 148 before being guided through the third channel 143 to the magnetocaloric regenerator 130 again. It is burned.

本発明によれば、磁気熱量装置１００は、断熱ケーシング１１０を更に備え、磁気熱量再生装置１３０は、断熱ケーシング１１０内に配置され、断熱ケーシング１１０は、磁気熱再生装置１３０が第１のチャネル１４１、第２のチャネル１４２、第３のチャネル１４３及び第４のチャネル１４４を通る流体のフローのためのフロースルー１５０を備える断熱ケーシング１１０によって気密に囲まれる様に配置されている。フロースルー１５０は、断熱ケーシング１１０とチャネル１４１、１４２、１４３、１４４との間にギャップを残すように配置され、フローシール部材１５５は、ギャップをシールするように配置される。更に、断熱ケーシング１１０は、大気よりも低い熱伝導率を有する断熱材１６０で満たされている。 According to the present invention, the magnetocaloric device 100 further includes a heat insulation casing 110, the magnetocaloric regeneration device 130 is disposed in the heat insulation casing 110, and the heat insulation casing 110 includes the magnetic heat regeneration device 130 in the first channel 141. , Arranged in an airtight manner by a heat insulating casing 110 comprising a flow-through 150 for the flow of fluid through the second channel 142, the third channel 143 and the fourth channel 144. The flow-through 150 is arranged to leave a gap between the heat insulating casing 110 and the channels 141, 142, 143, 144, and the flow seal member 155 is arranged to seal the gap. Furthermore, the heat insulating casing 110 is filled with a heat insulating material 160 having a thermal conductivity lower than that of the atmosphere.

図示の実施の形態では、断熱材１６０は乾燥空気であり、乾燥剤１６５は、断熱ケーシング１１０内に配置されたキャリア１６８に追加的に設けられる。乾燥剤１６５は、乾燥空気の湿度を更に低下させ、断熱材１６０の熱伝導率を低下させる。図示されていない実施の形態では、断熱ケーシングは排気可能な真空チャンバとして形成される。 In the illustrated embodiment, the thermal insulation 160 is dry air and the desiccant 165 is additionally provided on a carrier 168 disposed within the thermal insulation casing 110. The desiccant 165 further reduces the humidity of the dry air and reduces the thermal conductivity of the heat insulating material 160. In an embodiment not shown, the insulating casing is formed as a vacuum chamber that can be evacuated.

磁場発生器１２０の磁気ギャップ１２５には、断熱ケーシング１１０が配置されている。磁気熱量装置１００のモータ１７０は、電気コネクタ１７５を介して電源（図示せず）に接続されており、第１及び第２の磁石アセンブリ１２６、１２８に取り付けられたクランクシャフト１８０を回転させることによって磁場発生装置の動作中に磁場発生器１２０の第１及び第２の磁石アセンブリ１２６，１２８を回転するように配置されている。断熱ケーシング１１０は、断熱ケーシング１１０の外側からクランクシャフト１８０にアクセスすることを許可する。アクセスは、断熱ケーシング１１０の第１及び第２の開口部１８２、１８４によって提供され、第１及び第２の開口部１８２、１８４は、断熱ケーシング１１０とクランクシャフト１８０との間にシャフトギャップを残すように配置され、それぞれのシャフトシール部材１８５は、それぞれのシャフトギャップをシールするように配置されている。シャフトシール部材１８５は、シャフトギャップを断熱ケーシング１１０に密封しながら、クランクシャフト１８０の回転を可能にする回転シールとして形成される。図示されていない実施の形態では、シール部材はシールベアリングとして形成される。 A heat insulation casing 110 is disposed in the magnetic gap 125 of the magnetic field generator 120. The motor 170 of the magnetocaloric device 100 is connected to a power source (not shown) via an electrical connector 175, and rotates a crankshaft 180 attached to the first and second magnet assemblies 126, 128. The first and second magnet assemblies 126, 128 of the magnetic field generator 120 are arranged to rotate during operation of the magnetic field generator. The heat insulation casing 110 allows access to the crankshaft 180 from the outside of the heat insulation casing 110. Access is provided by the first and second openings 182, 184 of the insulating casing 110, which leave a shaft gap between the insulating casing 110 and the crankshaft 180. The respective shaft seal members 185 are disposed so as to seal the respective shaft gaps. The shaft seal member 185 is formed as a rotation seal that enables rotation of the crankshaft 180 while sealing the shaft gap to the heat insulating casing 110. In an embodiment not shown, the sealing member is formed as a sealed bearing.

更に好ましい実施の形態では、任意の種類の断熱手段が、断熱ケーシングの代わりに磁気ギャップ内に配置される。特に、図示されていない好ましい実施の形態では断熱コーティングが設けられており、断熱コーティングは磁気熱量再生装置と完全に接触している。断熱コーティングは、例えば、発泡体、ワニス、塗料又は箔であり得る。 In a further preferred embodiment, any kind of thermal insulation means is arranged in the magnetic gap instead of the thermal insulation casing. In particular, in a preferred embodiment not shown, a thermal barrier coating is provided, which is in full contact with the magnetocaloric regenerator. The thermal barrier coating can be, for example, a foam, varnish, paint or foil.

図示されていない更なる実施の形態では、クランクシャフトは、磁場発生器が固定されている間に一方で磁気熱量再生装置を回転させるように構成される。この更なる実施の形態の流体誘導システムのチャネルは、クランクシャフトに配置され、ロータリーバルブを介して磁気熱量再生装置に接続される。 In a further embodiment not shown, the crankshaft is configured to rotate the magnetocaloric regenerator while the magnetic field generator is fixed. The channel of the fluid induction system of this further embodiment is arranged on the crankshaft and connected to the magnetocaloric regeneration device via a rotary valve.

断熱ケーシング１１０は、断熱ケーシング１１０に配置され、断熱ケーシング１１０を断熱材１６０で充填可能に構成された充填バルブ１８８を更に備える。充填バルブ１８８は、断熱ケーシング110を空にすること、特に、適切な断熱貯蔵ボックスに空にすることが可能なように構成されている。 The heat insulation casing 110 further includes a filling valve 188 arranged in the heat insulation casing 110 and configured to be able to fill the heat insulation casing 110 with the heat insulation material 160. The fill valve 188 is configured to allow the insulation casing 110 to be emptied, and in particular to an appropriate insulation storage box.

図１に示す実施の形態による磁気熱量装置１００は、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０を支持するように構成された支持構造体１９０を更に備え、断熱ケーシング１１０は、磁気熱量装置１００の外部物体１９５への取り付けを可能にするように断熱ケーシング１１０の外側から支持構造体１９０へのアクセスを可能にする。 The magnetocaloric device 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 further includes a support structure 190 configured to support the magnetic field generator 120 and the magnetocaloric regenerator 130. Access to the support structure 190 is allowed from outside the thermal insulation casing 110 to allow attachment to the external object 195.

図示されていない実施の形態では、磁気熱量装置は、更に複数の磁気熱量要素を含む少なくとも１つの更なる磁気熱量再生装置を有し、各磁気熱量要素は磁気熱量物質を有し、前記更なる磁気熱量再生配置は、周期的に変化する外部磁場に曝されるように配置され、更なる断熱ケーシングは、前記更なる磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に位置するように提供される。この実施の形態では、磁気熱量再生装置及び前記更なる磁気熱量再生装置は、両方とも磁場発生器の磁気ギャップ内に配置される。図示されていない更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、第１の磁石アセンブリ、磁気熱量再生装置、第２の磁石アセンブリ、前記更なる磁気熱量再生装置、及び第３の磁石アセンブリが、クランクシャフトに沿ってこの順に並んでいる。図示されていない別の実施の形態では、断熱ケーシングは、磁気熱量再生装置及び前記更なる磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に配置されるように設けられる。 In an embodiment not shown, the magnetocaloric device further comprises at least one further magnetocaloric regenerator comprising a plurality of magnetocaloric elements, each magnetocaloric element comprising a magnetocaloric material, said further The magnetocaloric regeneration arrangement is arranged to be exposed to a periodically changing external magnetic field, and a further insulating casing is provided so that the further magnetocaloric regeneration device is located within the insulating casing. In this embodiment, the magnetocaloric regenerator and the further magnetocaloric regenerator are both located in the magnetic gap of the magnetic field generator. In a further embodiment not shown, the magnetocaloric device comprises a first magnet assembly, a magnetocaloric regenerator, a second magnet assembly, the further magnetocaloric regenerator, and a third magnet assembly comprising a crank. They are arranged in this order along the shaft. In another embodiment not shown, the thermal insulation casing is provided such that the magnetocaloric regeneration device and the further magnetocaloric regeneration device are arranged in the thermal insulation casing.

図２は、本発明による磁気熱量装置２００の第２の実施の形態を示しており、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０は、断熱ケーシング２１０内に配置され、一方、磁気熱量装置２００のモータ１７０は、断熱ケーシング２１０の外部に配置されている。 FIG. 2 shows a second embodiment of the magnetocaloric device 200 according to the present invention, in which the magnetic field generator 120 and the magnetocaloric regeneration device 130 are arranged in a heat insulating casing 210, while the magnetocaloric device 200 The motor 170 is disposed outside the heat insulation casing 210.

磁気熱量装置２００は、図１に示す磁気熱量装置１００として構成されており、唯一の相違点は、磁気熱量再生装置１３０に加えて、磁場発生器１２０も断熱ケーシング２１０内に配置されていることである。その結果、断熱手段２０５を形成する断熱ケーシング２１０の第１及び第２の開口部１８２、１８４は、磁気ギャップ１２５内に設けられず、磁場発生器１２０とモータ１７０との間、及び磁場発生器１２０とクランクシャフト１８０のベアリング２２０との間に設けられる。 The magnetocaloric device 200 is configured as the magnetocaloric device 100 shown in FIG. 1, and the only difference is that, in addition to the magnetocaloric regeneration device 130, the magnetic field generator 120 is also arranged in the heat insulating casing 210. It is. As a result, the first and second openings 182 and 184 of the heat insulating casing 210 that form the heat insulating means 205 are not provided in the magnetic gap 125, and between the magnetic field generator 120 and the motor 170, and the magnetic field generator. 120 and the bearing 220 of the crankshaft 180.

磁気熱量再生装置及び磁場発生器が断熱手段の内側に配置されている実施の形態では、図２に示すように断熱手段として断熱ケーシングを使用することが好ましい。しかし、発泡体のような断熱コーティングを使用することも可能であり、本発明の範囲内である。断熱ケーシングは、図２に示す実施の形態の更なる変形例では、大気で満たされている。 In the embodiment in which the magnetocaloric regeneration device and the magnetic field generator are arranged inside the heat insulating means, it is preferable to use a heat insulating casing as the heat insulating means as shown in FIG. However, it is possible to use a thermal barrier coating such as foam and within the scope of the present invention. The thermal insulation casing is filled with air in a further variant of the embodiment shown in FIG.

支持構造体１９０は、図１に示すように、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０を支持するために配置され、図２においては明確にするために図示していない。 The support structure 190 is arranged to support the magnetic field generator 120 and the magnetocaloric regenerator 130, as shown in FIG. 1, and is not shown in FIG. 2 for clarity.

図３は、本発明の磁気熱量装置３００の第３の実施の形態を示す。ここで、磁場発生器１２０、磁気熱量再生装置１３０及び磁気熱量装置３００のモータ１７０は、断熱手段３０５を形成する断熱ケーシング３１０内に配置されている。 FIG. 3 shows a third embodiment of the magnetocaloric device 300 of the present invention. Here, the magnetic field generator 120, the magnetocaloric regenerator 130, and the motor 170 of the magnetocaloric apparatus 300 are disposed in a heat insulating casing 310 that forms the heat insulating means 305.

図１に示す磁気熱量装置１００とは対照的に、磁場発生器１２０及びモータ１７０は断熱ケーシング３１０内に位置する。更に、クランクシャフト１８０は完全に断熱ケーシング３１０内に位置し、第１及び第２の開口部１８２、１８４は存在しないが、断熱ケーシング３１０内にクランクシャフト１８０のベアリング３２０がある。このベアリングは、断熱ケーシングに接続又は断熱ケーシングにより支持されていてもいなくても良い。電気的接続を可能にするため、電気コネクタ１７５のための接続開口部３３０が断熱ケーシング３１０に設けられている。それにより、電気コネクタは、断熱ケーシング３１０の外部からモータ１７０の電力供給を可能にする。接続開口部３３０は、電気コネクタ１７５と断熱ケーシング３１０との間のコネクターギャップを有し、コネクタシール部材が、ギャップをシールするように配置される。 In contrast to the magnetocaloric device 100 shown in FIG. 1, the magnetic field generator 120 and the motor 170 are located in a heat insulation casing 310. Furthermore, the crankshaft 180 is completely located in the heat insulation casing 310 and the first and second openings 182 and 184 are not present, but the bearing 320 of the crankshaft 180 is in the heat insulation casing 310. This bearing may or may not be connected to the thermal insulation casing or supported by the thermal insulation casing. A connection opening 330 for the electrical connector 175 is provided in the heat insulation casing 310 to allow electrical connection. Thereby, the electrical connector enables the electric power supply of the motor 170 from the outside of the heat insulation casing 310. The connection opening 330 has a connector gap between the electrical connector 175 and the heat insulation casing 310, and a connector seal member is arranged to seal the gap.

更に、支持構造体３４０は、図１に示す支持構造体１９０とは対照的に、断熱ケーシング３１０内に配置される。或いは、支持構造体及び断熱ケーシングは、両方の機能を果たす１つの部材であっても良く、又は互いに取り付けられても一体化されても良い。したがって、断熱ケーシング３１０は、磁気熱量装置３００の外側表面を形成し、磁気熱量装置３００を固定した位置に設けるために外部物体１９５に取り付けることができる。 Further, the support structure 340 is disposed within the thermal insulation casing 310 as opposed to the support structure 190 shown in FIG. Alternatively, the support structure and the insulating casing may be a single member that performs both functions, or may be attached to each other or integrated. Thus, the thermal insulation casing 310 forms the outer surface of the magnetocaloric device 300 and can be attached to the external object 195 to provide the magnetocaloric device 300 in a fixed position.

図示されていない実施の形態では、モータは、モータから断熱ケーシングの外部に、好ましくは付加的な断熱ケーシングを断熱ケーシングに接続する冷却ファンで熱をガイドする付加的な断熱ケーシングにより更に断熱される。 In an embodiment not shown, the motor is further insulated from the motor to the outside of the insulation casing, preferably by an additional insulation casing that guides the heat with a cooling fan connecting the additional insulation casing to the insulation casing. .

したがって、この実施の形態の装置は、図３に示す実施の形態と比較して、断熱ケーシング内部の熱生成を有利に低減する。 Therefore, the apparatus of this embodiment advantageously reduces the heat generation inside the insulating casing as compared to the embodiment shown in FIG.

１００磁気熱量装置
１０５断熱手段
１１０断熱ケーシング
１２０磁場発生器
１２２外部磁場
１２５磁気ギャップ
１２６第１の磁石アセンブリ
１２８第２の磁石アセンブリ
１３０磁気熱量再生装置
１３２磁気熱量要素
１３５磁気熱量材料
１４５流体誘導システム
１４１第１のチャンネル
１４２第２のチャンネル
１４３第３のチャンネル
１４４第４のチャンネル
１４６第１の熱交換器
１４７ポンプ
１４８第２の熱交換器
１５０フロースルー（流通路）
１５５フローシール部材
１６０断熱材
１６５乾燥剤
１６８キャリア
１７０モータ
１７５電気コネクタ
１８０クランクシャフト
１８２第１の開口部
１８４第２の開口部
１８５シャフトシール部材
１８８充填バルブ
１９０支持構造体
１９５外部物体
２００磁気熱量装置の第２の実施の形態
２０５第２の実施の形態の断熱手段
２１０第２の実施の形態の断熱ケーシング
２２０クランクシャフトのベアリング
３００磁気熱量装置の第３の実施の形態
３０５第３の実施の形態の断熱手段
３１０第３の実施の形態の断熱ケーシング
３２０第３の実施の形態のクランクシャフトのベアリング
３３０接続開口部
３４０第３の実施の形態の支持構造体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Magneto-caloric device 105 Heat insulation means 110 Heat-insulating casing 120 Magnetic field generator 122 External magnetic field 125 Magnetic gap 126 First magnet assembly 128 Second magnet assembly 130 Magneto-caloric regenerator 132 Magneto-caloric element 135 Magneto-caloric material 145 Fluid induction system 141 First channel 142 Second channel 143 Third channel 144 Fourth channel 146 First heat exchanger 147 Pump 148 Second heat exchanger 150 Flow-through (flow passage)
155 Flow seal member 160 Heat insulating material 165 Desiccant 168 Carrier 170 Motor 175 Electrical connector 180 Crankshaft 182 First opening 184 Second opening 185 Shaft seal member 188 Filling valve 190 Support structure 195 External object 200 Magnetic calorimeter The second embodiment of the invention 205 The heat insulation means of the second embodiment 210 The heat insulation casing of the second embodiment 220 The bearing of the crankshaft 300 The third embodiment of the magnetocaloric device 305 The third embodiment Insulating means 310 of the third embodiment Insulating casing 320 of the third embodiment 320 Crankshaft bearing of the third embodiment 330 Connection opening 340 Support structure of the third embodiment

Claims

A magnetocaloric device (100), in particular a magnetocaloric heat pump,
A magnetic field generator (120) configured to provide a changing external magnetic field (122);
A magnetocaloric regenerator (130) having a magnetocaloric element (132);
The magnetocaloric element (132) comprises a magnetocaloric material (132) and the magnetocaloric regenerator (130) is arranged to be exposed to a changing external magnetic field (122) of the magnetic field generator (120). Has been
The magnetocaloric device (100) further comprises heat insulating means (105),
The magnetic heat quantity device (100), wherein the heat insulation means (105) is disposed so that the magnetic heat quantity regeneration device (130) is hermetically surrounded by the heat insulation means (105).

A fluid guidance system (140);
The fluid guidance system (140) has at least a first channel (141) and a second channel (142);
Directing fluid through the first channel (141) to the magnetocaloric regenerator (130) and directing fluid from the magnetocaloric regenerator (13) through the second channel (142). Arranged,
The magnetocaloric quantity according to claim 1, wherein the thermal insulation means (105) further comprises a flow-through (150) for passing the fluid through at least the first channel and the second channel (141, 142). Device (100).

The heat insulating means (105) is a heat insulating casing (110), and is not at least partially in contact with the magnetocaloric regeneration device (130), and the heat insulating casing (110) is a heat insulating material (160). A magnetocaloric device (100) according to claim 1 or 2, being filled or adapted to be filled.

The magnetocaloric device (100) according to claim 1 or 2, wherein the thermal insulation means (105) is a thermal barrier coating and is in full contact with the magnetocaloric regenerator (130).

The magnetocaloric device (100) of claim 3, wherein the thermal insulator (160) has a lower thermal conductivity than the atmosphere.

The flow-through (150) is disposed so as to leave a gap between the heat insulating casing (100) and the at least first and second channels (141, 142), and a seal member (155) closes the gap. The magnetocaloric device according to any one of claims 3 to 5, which is arranged so as to be sealed.

The filling valve (188) according to any one of claims 3 to 6, further comprising a filling valve (188) disposed in the heat insulating casing (110) and configured to allow the heat insulating casing (110) to be filled with the heat insulating material (160). The magnetocaloric device (100) according to item.

The magnetocaloric device (100) according to any one of claims 3 to 7, wherein the heat insulator (160) is a dry gas.

The magnetocaloric device (100) according to claim 8, wherein the dry gas comprises dry air and / or inert gas, nitrogen, helium, neon, argon, krypton or xenon.

The desiccant (165) is provided in the said heat insulation means (105), Preferably it exists in the carrier (168) arrange | positioned in the said heat insulation means (105). Magneto-caloric device (105).

11. The magnetocaloric device (200) according to any one of claims 1 to 10, wherein both the magnetic field generator (120) and the magnetocaloric regenerator (130) are arranged in the heat insulating means (205). .

The magnetocaloric device (300) according to claim 11, wherein all further parts of the magnetocaloric device (300) are arranged in the thermal insulation means (305).

13. The magnetocaloric device (100) according to claim 11 or 12, wherein the insulating casing (110) is formed as a vacuum chamber that can be evacuated.

The magnetocaloric device (100) is arranged and configured to move the magnetocaloric regenerator (130) and the magnetic field generator (120) relative to each other during operation of the magnetocaloric device (100). The magnetocaloric quantity according to any one of claims 1 to 13, wherein the heat insulating means (105) is accessible to the crankshaft (180) from outside the heat insulating means (105). Device (100).

The crankshaft (180) is arranged to leave a shaft gap between the heat insulating casing (110) and the crankshaft (180), and the shaft seal member (185) is preferably formed as a rotary seal or seal bearing. The magnetocaloric device (100) of claim 14, wherein the magnetocaloric device (100) is arranged to seal the shaft gap.

The apparatus further includes a support structure (190) arranged to support the magnetic field generator (120) and the magnetocaloric regenerator (130), and the heat insulating means (105) includes the magnetocaloric apparatus (100). 16. The support structure (190) according to any one of the preceding claims, wherein the support structure (190) is accessible from outside the thermal insulation means (105) so as to allow attachment to an external object (195). Magnetic calorimeter (100).

The magnetocaloric device (100) comprises at least one further magnetocaloric regenerator having a further magnetocaloric element, the magnetocaloric element comprising a magnetocaloric material, the further magnetocaloric regenerator comprising: 11. Arranged to be exposed to the changing external magnetic field, the further heat insulation means is provided such that the further magnetocaloric regeneration device is located in the further heat insulation means. The magnetocaloric device (100) according to item 1.